От светильного газа до ПНГ: полтора века истории газового двигателя

Услышав термин «двигатель внутреннего сгорания» (ДВС), мы обычно ассоциируем его с бензиновым или дизельным. Но первый в истории коммерчески успешный ДВС работал на газе — том же, который освещал улицы викторианских городов. Жидкое топливо, захватившее рынок в XX веке, победило лишь потому, что его можно было возить в бочках, а эффективных и безопасных способов транспортировки газа еще не было. В XXI веке индустрия возвращается к истокам: природный, сжиженный и попутный нефтяной газ снова вытесняют бензин и дизель, по крайней мере в ДВС промышленного назначения.

Светильный газ и первые двигатели (1790–1850-е)

История газового двигателя начинается в конце XVIII — первой половине XIX века.

• 1799–1804, Филипп Лебон (Франция): патент на получение светильного газа из древесины («термолампа»). В 1801 году в дополнение к основному патенту запатентовал проект газового ДВС и впервые предложил идею сжатия смеси, на десятки лет опередившую время. Проект реализован не был: Лебон убит в 1804-м.
• 1807, Франсуа Исаак де Риваз (Швейцария): повозка с водородным двигателем и электрическим зажиганием — первый самоходный экипаж с ДВС, прообраз и газового мотора, и автомобиля.
• 1823, Сэмюэль Браун (Англия): работоспособные газовые двигатели оказались коммерчески неудачны из-за низкого КПД при высокой стоимости светильного газа и капризной конструкции.
• 1838, Уильям Барнетт: идея предварительного сжатия газовоздушной смеси прямо в цилиндре, опередившая практику на 40 лет, и воспламенения «зажигательным краном», который позже станет нормой.

Первые разработки не получили распространения во многом потому, что вопрос доставки и заправки топлива оставался открытым. Все изменилось с началом газификации уличного освещения: городские сети светильного газа стали первыми топливными сетями в истории. Пионером индустрии была британская Gas Light and Coke Company, основанная в Лондоне в 1812 году. К 1830-му в Англии и Уэльсе было уже 200 газовых компаний, а к 1860-му — около тысячи. Теперь подключиться к сети можно было в любой точке города, у мастерской или фабрики. Именно так и поступит Этьен Ленуар в 1860 году.

Россия вошла в газовую эпоху с небольшим отставанием. Первые уличные фонари на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге появились в 1819 году, в 1835-м учреждено «Общество для освещения Санкт-Петербурга газом» и построен первый газовый завод. К 1839-му первая очередь газопроводов питала 167 фонарей на Дворцовой площади и Невском проспекте. Уголь везли из Англии, чугунные трубы и фонари делали на месте.

Ленуар, Отто и рождение индустрии (1860–1890)

В 1860 году Этьен Ленуар, французский механик бельгийского происхождения, сконструировал и построил первый коммерчески успешный ДВС. Фактически это была паровая машина, адаптированная под газ, — горизонтальный одноцилиндровый двухтактный двигатель двойного действия (воспламенение происходило поочередно в обеих полостях цилиндра). Агрегат работал без сжатия, на смеси воздуха и светильного газа, имел электрическое зажигание и обеспечивал КПД не выше 4,65 %. Всего их построили около 500, главным образом во Франции. Двигатель ставили на лодки и пытались приспособить к дорожной повозке.

За следующие 16 лет газовый двигатель прошел путь от редкой диковины до серийного изделия. Уже в 1862 году французский инженер Альфонс Бо де Роша получил патент на четырехтактный цикл со сжатием. В 1864-м Николаус Отто пришел к такому же решению и вместе с Ойгеном Лангеном основал в Кельне фирму N.A. Otto & Cie — первый в мире завод двигателей внутреннего сгорания, ставший предшественником DEUTZ AG. Дальше процесс пошел быстрее.

• 1867 — атмосферный двигатель Отто — Лангена мощностью 0,5 л. с. при 80 об/мин представлен на Всемирной выставке в Париже и получил золотую медаль как «самый экономичный приводной двигатель». Он потреблял втрое меньше газа, чем машина Ленуара: КПД вырос до 10–12 %.
• 1876 — «тихий двигатель Отто»: четырехтактный цикл со сжатием смеси, описанный Бо де Роша, и КПД 14–17 %. Начало массового промышленного применения, лицензии на производство купили Crossley Brothers в Англии и другие фирмы. Именно с этого момента газовая машина становится серьезным конкурентом малой паровой.
• 1878 — двухтактный газовый двигатель Дугалда Клерка. Шотландский инженер из Глазго дает начало альтернативной ветке развития, позднее двигатели этой системы найдут применение в малой технике.

Важной вехой стал 1878 год, когда английский инженер Джозеф Эмерсон Даусон разработал газогенератор (установку для получения генераторного газа из угля или кокса), пригодный для питания двигателей. В 1883-м он сформулировал концепцию единого блока «газогенератор + двигатель». ДВС больше не нуждался в газовой сети, он стал автономным и мог работать в мастерской, типографии, на мельнице — везде, где паровая машина была слишком громоздкой, шумной и опасной. При этом он все еще оставался стационарным — об использовании на транспорте речи пока не шло.

Газовый двигатель в Российской империи и эпоха гигантов (1860-е — 1914 г.)

В России сразу оценили преимущества газового ДВС. В 1860–1880-е годы начался импорт двигателей Ленуара и Отто, а в 1891-м отставной лейтенант флота Евгений Александрович Яковлев основал в Санкт-Петербурге «Первый русский завод керосиновых и газовых двигателей», выпускавший десятки моторов в год.

В Европе тем временем развивалось направление промышленных двигателей на вторичном газе. В 1894 году английский инженер Б. Х. Твейт предложил использовать доменный газ как топливо для двигателя, а в феврале 1895-го в Уишо (Шотландия) заработал двигатель мощностью 15 л. с. на очищенном доменном газе. Инициативу перехватила Бельгия: компания Cockerill к маю 1898 года уже эксплуатировала двигатель мощностью 200 л. с., а 2 ноября 1899 года запустила крупнейшую в мире одноцилиндровую машину мощностью 600 л. с., работавшую по циклу Отто. Это был первый в истории газовый двигатель, приводивший в действие воздуходувку питавшей его доменной печи.

К 1901 году в мире работало несколько десятков больших двигателей на доменном газе, в том числе в таких городах, как:

• Тула (Россия) — 3 × 200 л. с.;
• Серен (Бельгия) — 4 × 500 л. с.;
• Дифферданж (Люксембург) — 2 × 600 л. с.;
• Хёрде (Германия) — 2 × 600 л. с.;
• Барроу-ин-Фернесс (Англия) — 1 × 1 000 л. с.;
• Кнеутинген (Германия) — 2 × 1 000 л. с.

В начале XX века Cockerill, MAN, Thyssen, Ehrhardt & Sehmer, а в США Allis-Chalmers и Snow строили тандемные двигатели двойного действия мощностью 2 000–6 000 л. с. для доменных воздуходувок и заводских электростанций — крупнейшие поршневые ДВС своей эпохи.

После 1900 года поршневые газовоздуходувки на доменном газе появились и в России. Металлургические заводы Донбасса и Приднепровья использовали для их привода импортные газовые двигатели, работавшие на побочном продукте доменного производства. Газомоторы работали на Макеевском металлургическом заводе, Юзовском заводе Новороссийского общества, Днепровском металлургическом заводе и других предприятиях. Помимо доменного производства, они применялись для выработки электроэнергии.

К 1914 году в России было налажено собственное производство газовых двигателей, а на многих ее промышленных предприятиях работали импортные газомоторы большой мощности на доменном газе.

Почему газ отступил (1897–1930)

17 февраля 1897 года немецкий инженер и изобретатель Рудольф Дизель построил на Аугсбургском заводе первый работоспособный ДВС с воспламенением топливной смеси от сжатия. Агрегат высотой три метра весил пять тонн, развивал мощность около 15 кВт и имел КПД 26 % — вдвое больше, чем у паровой машины. Но решающим преимуществом было не это: дизель работал на жидком топливе, которое подавалось в цилиндры через форсунку. Сперва использовали керосин, затем — нефть. Больше не было нужды в газопроводах и газогенераторах, а топливо начали доставлять в бочках. Это полностью меняло расклад.

Жидкотопливный двигатель можно было поставить куда угодно: на судно, локомотив, грузовик, буровую в степи. Топливо доставляли по мере необходимости, хранили рядом, возили с собой в бочках, баках и танках, а после того, как двигатель Дизеля был усовершенствован для работы на сырой нефти, топливо зачастую добывали прямо там, где использовали. Россия стала одним из главных действующих лиц эпохи дизеля, но это тема для отдельной статьи.

А что же газовый двигатель? К 1920-му он перестал быть универсальным решением и ушел в ниши. На транспорте победил бензин, а в судостроении, малой генерации и промышленности — дизель. Газовый двигатель сохранился там, где газ был легкодоступным и дешевым, в т. ч. на металлургических заводах (доменный газ), на угольных шахтах (шахтный метан), на нефтегазовых промыслах и в прилегающих к ним населенных пунктах.

Интересно, что именно в это время начинает развиваться газогенераторное автомобилестроение. Это направление никогда не было доминирующим, а производство авто на жидком топливе всегда на порядки превосходило газовые, но автомобильные газгены все же сыграли большую роль в истории.

Дрова и уголь вместо бензина: газогенераторные автомобили и советский проект (1920–1950-е)

Первые автономные газогенераторные двигатели системы Даусона (1878–1900) были стационарными, но идея поставить такой мотор на автомобиль не давала покоя инженерам. Один из самых ранних патентов автомобильного газогенератора принадлежит англичанину Томасу Паркеру (1901). В следующие 10 лет единичные экспериментальные автомобили на газовом ходу строили во Франции и Германии.

В 1920 году французский инженер Жорж Эмбер разрабатывает первый практичный компактный газогенератор на древесном угле / дровах, пригодный для серийной установки на автомобиль (патент 1921 года). Это точка отсчета для массового газогенераторного автомобилестроения — конструкция Эмбера стала прототипом для большинства последующих систем. В 1920–1930 гг. газогенераторные грузовики и автобусы появляются во Франции, Германии и Швеции как ответ на дороговизну бензина и зависимость от импортной нефти. Пик их производства приходится на вторую половину 1930-х и 1940-е, особенно на время Второй мировой войны — из-за нехватки топлива в континентальной Европе.

В СССР первый патент на автомобильную газогенераторную установку получил в 1923 году ленинградский профессор В. С. Наумов. Его газген «У-1» на древесном угле в 1927-м установили на итальянский грузовик «Фиат». Через год пробег газогенераторных автомобилей по маршруту Ленинград — Москва доказал работоспособность этой системы. Она получила дальнейшее развитие, но массовой не стала.

Ситуация изменилась в середине 1930-х, когда стало очевидно, что планы по автомобилизации СССР упираются в нехватку топлива. Советское правительство принимает решение о массовом производстве газогенераторных автомобилей, а группа инженеров НАТИ под руководством С. Л. Косова разрабатывает газогенератор НАТИ-14 на деревянных чурках. В 1936 году появился и первый серийный автомобиль ЗИС-13, спроектированный под руководством А. Скерджиева и собранный на шасси длиннобазного ЗИС-11 с использованием генератора конструкции А. Пельтцера. Двигатель с повышенной степенью сжатия (7,0 вместо 4,7) оборудовали газосмесителем вместо карбюратора и зажиганием, работающим от магнето. Всего завод изготовил около 900 таких грузовиков.

Более массовые серийные машины появились в 1938–1939 годах.

• ЗИС-21 — газогенераторная модификация ЗИС-5, второго по численности грузового автомобиля довоенного СССР. Выпускался в 1939–1941 гг., всего было произведено более 15 тысяч. Двигатель развивал мощность 45 л. с., максимальная скорость — 45 км/ч, расход топлива — от 60 до 100 кг древесных чурок на 100 км. При этом каждый час нужно было догружать топливо в бункер.
• ГАЗ-42 — газогенераторная «полуторка» на базе ГАЗ-АА. Выпускался с 1939 по 1946 год, всего было изготовлено около 34 тысячи машин. Четырехтактный двигатель со степенью сжатия 6,5 развивал мощность 30 л. с., максимальная скорость — 50 км/ч, расход топлива — 50–60 кг древесных чурок на 100 км.

Параллельно разворачивалось производство газогенераторных тракторов.

• ХТЗ-Т2Г — гусеничный трактор на базе СХТЗ-НАТИ, выпускался с 1938 по 1941 год на Харьковском тракторном заводе. Всего было выпущено около 16 тысяч тракторов. Двигатель Д-2Г мощностью 45 л. с., полная масса — 6 т.
• ЧТЗ СГ-65 — модификация тяжелого гусеничного трактора «Сталинец-65» с газогенераторной установкой Г-25 мощностью 65 л. с.

В войну, когда почти весь бензин уходил на фронт, газогенераторные двигатели стали настоящим спасением для тыловой экономики. Грузовики, которые можно было заправлять чем угодно, от угольных брикетов до сосновых чурок, работали на лесозаготовках Сибири и Урала, перевозили грузы, обеспечивали жизнь колхозов и леспромхозов.

После войны, когда бензин снова стал доступен, газгены начали уходить со сцены, но не сразу. Например, в 1946–1952 гг. в Миассе продолжался выпуск ЗИС-21А — модернизированной версии довоенного грузовика. Последним серийным советским газогенераторным автомобилем стал УралЗИС-352, выпускавшийся Уральским автозаводом в 1952–56 гг. на базе ЗИС-5М. Он был способен работать на древесине влажностью до 40 % — такого результата удалось добиться, применив наддув воздуха в газогенератор центробежным нагнетателем.

Что такое газогенератор?

По сути, это печь. В бункер загружают уголь или древесные чурки, которые сгорают при пониженной подаче кислорода и выделяют в ходе реакций пиролиза и газификации генераторный газ — горючую смесь угарного газа CO (основа) с водородом H₂ и метаном CH₄:

В цилиндры двигателя подается смесь генераторного газа с воздухом, и происходит воспламенение горючих компонентов:

Самая колоритная деталь этого процесса — розжиг. Чтобы завести холодный газогенератор, требовалось от 5–10 до 20 минут, а иногда — до полутора часов. Розжиг производился отсасывающим электрическим вентилятором, который раздувал пламя в бункере. Шоферы знали: пока газогенератор не разгорится, машина не поедет. При этом двигатель развивал мощность обычно на 30–40 % меньше, чем на бензине: около половины объема генераторного газа составляет негорючий азот, есть в нем и CO₂, поэтому газовоздушная смесь дает меньше энергии, чем бензиновая. К тому же газогенераторная установка создает сопротивление на впуске, и цилиндры хуже наполняются смесью.

КНДР — живой музей советского автопрома

Северная Корея — единственное место в мире, где газогенераторные автомобили и в XXI веке сохранились как рабочий транспорт, а не музейные экспонаты. Причина прозаична: топливный кризис 1990-х и международные санкции сделали бензин и дизель дорогими и дефицитными. Наряду с лицензионными копиями советских авто в КНДР используется газогенераторный транспорт китайского производства.

Основные модели:

• Sungri-58 — первый грузовик завода Sungri Motor Plant (Токчхон), выпускавшийся с 1958 года как лицензионная копия советского ГАЗ-51. В 1990-е значительная часть этих машин была переоборудована под дровяные газогенераторы. В числе прочего используются в качестве маршрутных такси в Чхонджине. В переводе с корейского sungri — 승리 на хангыле — означает «победа»;
• Sungri-58KA — обновленная версия, выпускавшаяся с 1979 до середины 1990-х годов. Многие экземпляры также получили газогенераторные установки;
• Sungri-60 — трехосная модель грузоподъемностью до 10 тонн, некоторые модификации которой оснащались дровяными газогенераторами;
• Sungri-61 (с 1961 года) — полноприводная версия на базе ГАЗ-63;
• Chaju-64 — еще одна модель, упоминаемая в северокорейской прессе. Chaju — 자주 — означает «независимость»;
• китайские грузовики Hae-Bang-Ho — массово используются в КНДР с газогенераторными установками, ценятся за «неубиваемость» и простоту обслуживания. Hae-Bang-Ho — 해방호 — «освобождение».

В КНДР в качестве топлива в ход идут не только дрова, но и кукурузные початки, пропитанные отработанным маслом, — они дешевле дерева, хотя и дают едкий черный дым.

Западная школа газопоршневого двигателестроения: 1930-е — настоящее время

Вернемся к промышленному применению. На транспорте и в некоторых других отраслях газовые двигатели в 1920-х отошли на второй план, но есть сферы, где их позиции только укрепились. На Западе, прежде всего в США, сложилась целая индустрия газопоршневых машин. Ее колыбелью стали нефтегазовые промыслы, где топливо было буквально под ногами.

Американская школа: двигатели для промыслов

На нефтепромыслах Техаса, Оклахомы и Калифорнии электросетей почти не было, а попутный газ оставался доступным и практически бесплатным топливом. Поэтому американское газовое двигателестроение выросло вокруг нужд нефтедобычи. К 1930 году Waukesha Motor Company выпустила газовый двигатель с диаметром цилиндра и ходом поршня 8,5 × 8,5 дюйма, впоследствии это стало отраслевым стандартом. В те же годы Superior и Fairbanks-Morse поставляли тяжелые силовые приводы для буровых установок, станков-качалок и насосов.

Главная черта американской школы — массивные и неприхотливые тихоходные машины. Они десятилетиями работали на неочищенном, «грязном» попутном газе и снабжали энергией промыслы и соседние поселки. Некоторые двигатели Waukesha 1940–1950-х годов в строю до сих пор.

Газ качает газ

Особая ветвь — газомоторные компрессоры, история которых началась еще на рубеже веков. В 1899 году дочерняя структура Standard Oil построила первый горизонтальный газомоторный компрессор с цилиндрами двигателя и компрессора на общем коленвале. Топливом служил сам перекачиваемый газ. В 1909-м компания Cooper разработала интегральный компрессор с цилиндрами двойного действия и наладила серийный выпуск мощных горизонтальных агрегатов. С прокладкой магистральных газопроводов в 1920–1930-х годах эта схема стала отраслевым стандартом, а конкуренция производителей переместилась в область компоновки.

• Компания Worthington в 1927–1928 годах первой построила угловой четырехтактный интегральный компрессор. Его мощность была скромной (37,5 л. с. на цилиндр), но эти экономичные машины выпускались до 1975 года.
• Компания Ingersoll Rand пришла в отрасль из индустрии пневмоинструмента. В 1929 году она представила XOG, первый вертикальный интегральный двигатель-компрессор L-образной конфигурации, который был заметно компактнее горизонтальных машин. В 1932-м за ним последовал V-образный XVG, выпущенный серией более 2 000 единиц.
• Компания Clark Brothers пошла иным путем и сделала ставку на двухтактный цикл. Ее серии TLA, TRA и TCV были проще, легче и обладали высокой удельной мощностью. К началу Второй мировой войны компания Clark выпускала 75 % всех угловых двигатель-компрессоров в США.
• Вершиной довоенного периода стал двухтактный V-образный компрессор Type GMV (1937) компании Cooper-Bessemer (она образовалась в 1929 году при слиянии Cooper и Bessemer и стала крупнейшим производителем компрессоров в мире). GMV спроектировал Ральф Л. Бойер. Благодаря надежности и компактности серия выпускалась 55 лет, а один из агрегатов 1944 года получил статус исторического памятника ASME.

Послевоенные десятилетия: газодизель и когенерация

С ростом единичной мощности обострилась проблема надежного зажигания в цилиндрах большого объема. Ее решил газодизельный (dual-fuel) цикл: газовоздушная смесь воспламеняется от сжатия небольшой запальной дозы дизельного топлива. Первопроходцами стали Fairbanks-Morse (патент 1953 года) и Cooper-Bessemer, позднее технологию освоили Wärtsilä, MAN и Pielstick. Газодизели работали на муниципальных электростанциях малых городов США и на насосных станциях магистральных трубопроводов.

Европейская школа развивалась в иной логике. Немецкая компания MWM унаследовала стационарное производство компании Benz & Cie, которая строила газовые двигатели с 1883 года. К этому направлению подключились Deutz, прямой наследник фирмы Отто, и австрийская компания Jenbacher Werke, выпустившая первый газовый мотор в 1957 году. Их рынком стали не автономные промыслы, а когенерация: городские ТЭЦ, тепличные хозяйства и очистные сооружения, где двигатели работали на биогазе.

Нефтяные шоки и независимая генерация (1970–1980-е)

Кризисы 1973 и 1979 годов сделали для газового двигателя то же, что дефицит бензина для советского газогенератора: превратили нишевое направление в стратегическое. В США закон PURPA (1978) открыл рынок независимой генерации: энергокомпании были обязаны покупать электроэнергию у когенерационных и малых станций. Начался бум малых газовых электростанций, а производители сосредоточились на экономичности. В 1980-х компания Cummins разработала двигатель на обедненной смеси (lean-burn), а компания Caterpillar в конце десятилетия представила платформу G3500. Она одной из первых перешла на полностью электронное управление, к настоящему времени продано более 18 тысяч таких двигателей.

1990–2000-е: борьба за КПД

В 1990 году компания Cummins выпустила тяжелый газовый двигатель L10G. Компания Wärtsilä, начавшая разработки в 1987-м, в 1991 году представила свой первый газовый двигатель 25SG с искровым зажиганием, за ней последовали Niigata и Mitsubishi. Сочетание обедненной смеси, турбонаддува и электроники подняло электрический КПД крупных машин до 40–45 % и выше. В 2006 году газодизель вернулся на море: газовозы СПГ начали переходить с паровых турбин на двухтопливные дизель-электрические установки. Параллельно отрасль консолидировалась: компания MWM сменила нескольких владельцев и в 2011 году вошла в Caterpillar, а Jenbacher и Waukesha оказались под крылом GE, в 2018 году выделившись в независимую компанию INNIO.

2010-е — настоящее время

Сланцевая революция в США вернула промысловым компрессорам прежнее значение. В то же время рост доли ветровой и солнечной энергетики создал для газопоршневых электростанций новую нишу: они быстро запускаются и сглаживают колебания сети. Единичная мощность выросла до 10–20 МВт (Jenbacher J920 FleXtra, Wärtsilä 50SG), а КПД приблизился к 50 %. На флоте распространились малооборотные газовые двухтактные двигатели MAN и WinGD. Сегодня производители готовят машины к работе на водородных смесях и чистом водороде. Так газовый двигатель, начинавший в XIX веке на светильном газе, снова оказался на острие энергетического перехода.

Послевоенный СССР (до 1991 г.)

Советская промышленность познакомилась с американской газопоршневой школой в 1945–1946 годах, при строительстве газопровода Саратов — Москва. На нем установили 24 газомоторных компрессора Cooper-Bessemer C4B-14. Ответом стал отечественный 10ГК мощностью 736 кВт (1 000 л. с.), выпускавшийся на горьковском заводе «Двигатель революции». С 1953 года завод выпускал модификацию 10ГКН на 1 100 л. с., а позднее — более мощные агрегаты семейства МК-8.

Господство газомотокомпрессоров оказалось недолгим. В 1960-х, с переходом к трубам большого диаметра, основную нагрузку взяли на себя газотурбинные агрегаты, а поршневые машины сохранили нишу там, где важна высокая степень сжатия при умеренной подаче. Это подземные хранилища газа и промысловые дожимные станции: там горьковские агрегаты работали десятилетиями, а часть из них в строю до сих пор.

В других областях газовый двигатель массовым не стал. Причины — дешевая электроэнергия централизованных сетей, приоритет крупных ТЭЦ и ГРЭС и дизель как универсальное решение для автономного энергоснабжения. Газодизельные модификации серийных дизелей существовали, но оставались штучными. Показательна судьба попутного газа: в США он почти столетие кормил промысловые двигатели, а на советских месторождениях его в огромных объемах сжигали на факелах. Страна с крупнейшими запасами газа в мире практически не имела рынка малых газовых электростанций. Он возникнет только после 1991 года.

Газобаллонный автотранспорт в СССР и РФ

Коль скоро мы подробно остановились на советском газогенераторном автомобилестроении, стоит уделить внимание и газобаллонному транспорту. Первые советские газобаллонные грузовики появились в конце 1930-х. В 1939–1940 годах на базе ЗИС-5 и ГАЗ-ММ выпустили мелкими партиями ЗИС-30 и ГАЗ-44, работавшие на сжатом газе. Война прервала разработки, но уже в конце 1940-х направление получило серийное воплощение: ЗИС-156 и ГАЗ-51Б на сжатом газе, а также ГАЗ-51Ж на сжиженном. Однако тяжелые стальные баллоны съедали грузоподъемность, заправок было мало, бензин оставался дешевым, и к 1960-м эти машины практически исчезли.

Второе рождение пришлось на 1970–1980-е и было связано со сжиженным пропан-бутаном. Серийными стали ЗИЛ-138 и ГАЗ-53-07, на пропан массово переводили таксомоторные «Волги» ГАЗ-24-07. После того как в 1981 году стартовала государственная программа перевода транспорта на природный газ, появились метановые ЗИЛ-138А, ГАЗ-53-27 и газодизельные КамАЗы, а по стране построили сотни автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). Распад СССР оборвал программу на середине: станции простаивали, а парк вернулся к бензину и дизелю.

В постсоветские годы самым массовым газовым топливом стал пропан-бутан: частники и перевозчики, привлеченные его дешевизной, сами переоборудовали автомобили. Новый этап метанового транспорта начался в 2010-х. В 2012 году «Газпром» создал специализированную компанию «Газпром газомоторное топливо» и при государственной поддержке начал планомерное развитие сети заправок. Серийными стали двигатели ЯМЗ-530 CNG для «ГАЗонов», ПАЗов и другой техники, а также газовые моторы КамАЗ семейства 820 для грузовиков и автобусов НефАЗ. Крупные города обновляли автобусные парки метановыми машинами. Последним рубежом стали магистральные тягачи на сжиженном природном газе (СПГ), чей запас хода позволяет работать на дальних маршрутах.

Китайская ветвь

Китайские производители шли разными путями.

CNPC Jichai Power Company исторически специализируется на промышленных двигателях собственной разработки. Она выросла в производственную компанию из основанной еще в 1920 году ремонтной мастерской в Шаньдуне, построила свой первый 15-сильный двигатель в 1931-м и затем выпускала моторы мощностью 8–25 л. с. В 1965-м на предприятии разработан 882-киловаттный дизель 12V190 для нефтебуровой отрасли, на базе которого в 1988 году будет построен первый в Китае мощный газопоршневой агрегат 12V190ZDT-2 (552 кВт).

Компания Weichai Power выбрала стратегию покупки технологий. В 2009 году она приобрела французскую компанию Moteurs Baudouin, которая исторически строила судовые дизели, имела собственные разработки газопоршневых двигателей M26 и M33, но не смогла привлечь инвестиции для их запуска в серию. Для Weichai Power это стало прорывом: семейства M26 и M33 начали выпускаться в Китае, а мощность предприятия достигла 10 тысяч двигателей в год. Сегодня M33 — одна из самых успешных и массовых платформ в классе промышленных газовых двигателей мощностью 500–2 200 кВт.

Компания Guangxi Yuchai Machinery начинала как производитель автомобильных дизелей. Разработку газовых двигателей компания запускает в 1995 году, когда в Китае формируется спрос на газомоторный транспорт. В 1998-м начались серийные поставки, а в 2000-м — массовый выпуск. В 2009 году компания заключила соглашение с Jirui United Heavy Industry и создала совместное предприятие для производства тяжелых двигателей. В 2013 году на новом заводе в Юлине запущен полный портфель газовых двигателей стандарта National V — семь моделей мощностью от 120 до 440 л. с. После перехода Китая на стандарт National VI компания обновила линейку: в 2024 году были представлены YCK14N (14,8 л, 470–540 л. с., ресурс B10 — 1,8 млн км) и YCK16LN (16 л, 590–660 л. с.) — двигатели для тяжелых грузовиков и магистральных тягачей, работающие на КПГ и СПГ.

Помимо «большой тройки», на рынке присутствуют компании Liyu Gas Power (основана в 1994 году, двигатели 900–2 000 кВт на шахтном метане и биогазе) и VMAN (с 2007 года, двигатели 185–1 000 кВт, включая дистрибуцию бренда HND).

Малая энергетика и автономная генерация в России (1990-е — 2022 г.)

В 1990-е большая часть территории России оставалась вне единой энергосистемы. Поселки Севера и промыслы питались от передвижных дизельных электростанций, топливо для которых везли «северным завозом». Отечественное двигателестроение переживало спад, нишу быстро заняли западные производители: Cummins, Caterpillar, Jenbacher, Waukesha (позднее GE), MWM, MAN. Они приходили через дистрибьюторов и сервисные компании, бравшие на себя поставку, монтаж и обслуживание.

В нулевых к этому добавились экономические факторы. Внутренняя цена газа регулировалась и оставалась низкой, а сетевые тарифы и плата за техприсоединение росли. После реформы электроэнергетики промышленным предприятиям стало выгодно строить собственные мини-ТЭЦ на газопоршневых установках: свой киловатт-час обходился заметно дешевле сетевого.

У нефтяников появился еще и регуляторный стимул: Постановление Правительства № 7 (2009 г.) обязало с 2012 года полезно использовать не менее 95 % попутного нефтяного газа, а Постановление № 1148 (2012 г.) вводило штрафы за сверхнормативное сжигание на факелах. На отраслевых конференциях 2012–2015 гг. обсуждались еще более жесткие цели и санкции, но в итоге регулирование оказалось мягче. Средний по стране уровень утилизации до 95 % так и не дошел, хотя лидеры отрасли его превзошли.

ПНГ — сложное топливо: нестабильный состав, много тяжелых углеводородов, низкое метановое число, влага, порой сероводород. Газ приходится сепарировать и осушать, а двигатели настраивать с запасом по детонации и снижением мощности. И все же в сегменте малой и средней мощности газопоршневые установки выигрывали у турбин: у них выше КПД на частичных нагрузках, мощность энергоцентров можно наращивать постепенно, прибавляя по 1–2 МВт, а ремонт возможен прямо на площадке.

На новых месторождениях Восточной Сибири и Арктики, где сетей не было вовсе, выросли автономные энергоцентры на десятки мегаватт. Контейнерные ГПУ в арктическом исполнении — с подогревом масла и защитой газовых линий от гидратов — работали при −50 °C.

Для изолированных потребителей обсуждался и СПГ, но небольшому поселку выгоднее дизель: его можно завозить раз в год и хранить без потерь, в то время как СПГ постепенно испаряется, а криогенные емкости стоят дорого. Однако у горнодобывающих предприятий с потреблением в десятки мегаватт картина обратная: топливо расходуется быстро, затраты на инфраструктуру делятся на огромные объемы производства, а СПГ может заправлять и карьерную технику. Единственное условие — круглогодичная логистика.

В этих условиях на рынок РФ и СНГ выходит «Аггреко Евразия» — российское подразделение Aggreko с 2008 года. Компания предлагала услуги временного энергоснабжения промышленных объектов и обслуживала крупные события, в т. ч. зимние Игры в Сочи. Основой предложения стала арендная модель «энергия как услуга»: заказчик платит за киловатт-час, а подрядчик строит и эксплуатирует модульный энергоцентр на базе собственных газопоршневых и дизель-генераторных установок. После девальвации 2014–2015 гг. такая схема оказалась особенно привлекательной.

Одним из флагманских проектов компании стало крупное нефтяное месторождение в пойме Оби, запасы которого оценивались в 1,6 млрд тонн нефти. Сейчас там работает энергокомплекс мощностью более 50 МВт на ПНГ и природном газе, обеспечивший экономию около 20 % по сравнению с закупкой электроэнергии на оптовом рынке. Еще один крупный договор сроком на 17 лет компания заключила на энергоснабжение одного из ключевых месторождений Ванкорского кластера.

В 2020 г. силами компании «Аггреко Евразия», совместно с оператором одного из нефтегазоконденсатных месторождений в Ханты-Мансийском автономном округе — Югре, реализован первый в России проект бурения на газе. Для этого был построен энергоцентр из семи газовых генераторов по 1 375 кВА на двигателях Cummins QSK60. Чтобы компенсировать историческую слабость газового двигателя — медленный отклик на характерные для буровых установок скачкообразные набросы нагрузки, инженеры компании использовали суперконденсатор. В результате затраты на энергоснабжение снизились вдвое, а газ, прежде сжигавшийся на факеле, пошел в дело.

Настоящее время (после 2022 г.)

После 2022 года, когда западные производители начали уходить с российского рынка, эксплуатантам промышленных газопоршневых установок пришлось решать две задачи: поддерживать парк имеющегося оборудования (Cummins, Caterpillar, Jenbacher и пр.) без поставок импортных запчастей и одновременно искать им замену на будущее. Отечественные заводы — ЯМЗ, КамАЗ, РУМО, Коломенский завод, УДМЗ, «Волжский дизель им. Маминых» — стали наращивать выпуск газовых двигателей и генераторных установок, но удовлетворить имеющийся спрос пока не сумели. Освободившуюся нишу быстро заполнили китайские двигатели, прежде всего Weichai.

Показателен опыт компании «Аггреко Евразия». С 2023 года на нефтегазовых объектах Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Востока работают газопоршневые генераторные установки «Аггреко» на базе двигателя Weichai 16M33D мощностью 1 000 кВт. К осени 2026 года их число превысило 100 единиц. Пакетирование, зимнее исполнение и капитальный ремонт компания выполняет сама, на базе сервисно-ремонтного центра в Тюмени площадью более 15 000 м². Здесь же продлевают жизнь «возрастной» западной технике, оставшейся у заказчиков без обслуживания.

В 2025 году компания сменила имя и собственника: «Аггреко Евразия» была переименована в «АГК», а в декабре ее активы перешли под управление нефтесервисного холдинга «БурСервис». К этому моменту за плечами компании было уже более 500 реализованных проектов суммарной мощностью свыше 875 МВт. Помимо аренды, «АГК» занялась продажей оборудования и пакетированием установок под ключ, в том числе на двигателях заказчика, с локализацией более 50 %.

Следующий шаг — переход на отечественные двигатели. В 2025 году «АГК» представила ГПГУ мощностью 500 кВт на базе двигателя ЯМЗ 85535-13, пакетированную в стандартный 20-футовый контейнер. К форуму TNF 2026 компания подготовила двухдвигательную установку на двух ЯМЗ-855 в 25-футовом контейнере. Она выдает до 1 МВт на природном газе и 800 кВт на ПНГ и благодаря двум силовым агрегатам экономично работает на нагрузках — начиная уже с 250–300 кВт. Так решается давняя проблема газового двигателя — низкая эффективность на частичных нагрузках. Это особенно важно для бурения на газе, которое в компании считают одним из наиболее перспективных направлений.

Газовый двигатель пережил полтора века конкуренции с паровой машиной, бензиновым мотором, дизелем и турбиной и входит в энергопереход в сильной позиции. Он уже научился работать на сложном топливе вроде ПНГ, а значит, готов и к новым видам: водороду и водородно-метановым смесям, метанолу, биометану. Второе направление — гибридные схемы «ГПУ + ВИЭ + накопители», где газопоршневой агрегат становится гибким балансиром для солнечной и ветровой генерации. Машина, родившаяся в мастерских XIX века, сегодня дает энергию месторождениям за полярным кругом, и ее история далека от завершения.